第二章數據模型本章要點2.1數據建模的過程2.2概念模型2.3數據模型的組成要素2.4結構化數據模型2.5非結構化數據模型2.1數據建模的過程數據模型（DataModel）是對現實世界中對象（事物）的數據抽象包含對象的數據特征和功能操作是信息系統建設的基礎數據建模應滿足三方面要求能比較真實地模擬現實世界容易為人所理解便于在計算機上實現數據模型分成三類（三個抽象層次）：（1）概念模型

用某種語言或符號描述對象及其之間的聯系，如E-R圖，UML等獨立于計算機系統和數據庫管理系統便于數據庫設計人員與用戶間交流（2）邏輯模型用嚴格的形式化定義描述對象及其之間的聯系，如關系模型面向具體的計算機系統和數據庫管理系統便于計算機實現（3）物理模型描述數據庫的物理結構，如存儲方式、索引結構等面向具體的計算機系統和數據庫管理系統由數據庫管理系統實現概念模型邏輯模型物理模型數據建模過程2.2概念模型概念模型是數據庫設計的第一步是數據庫設計人員和用戶之間進行交流的載體好的概念模型應簡單清晰，易于理解，語義表達全面2.2概念模型基本術語：實體，聯系，碼，…常用表示方法：E-R圖，UML類圖常用建模工具：Visio,PowerDesigner,MySQLWorkbench等

基本術語現實世界的信息是通過實體、屬性以及聯系等概念的劃分來認識的。實體（Entity）

客觀存在并可相互區別的事物稱為實體，可以是具體的人、事、物或抽象的概念。屬性（Attribute）

實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。

碼（Key）

唯一標識實體的屬性（集）域（Domain）

屬性的取值范圍實體型（EntityType）具有相同屬性的實體必然具有共同的靜態特征，理解為類型。用實體名及其屬性名集合來描述。例如，銷售記錄中服裝編號，顧客編號，購買日期，數量等屬性構成一個銷售記錄的實體型

實體集（EntitySet）具有相同特征的實體集合例如，所有銷售記錄就是一個實體集聯系（Relationship）

現實世界中事物內部以及事物之間的聯系在信息世界中抽象為實體內部的聯系和實體之間的聯系實體型間的聯系類型一對一聯系（1:1）一對多聯系（1:n）多對多聯系（m:n）兩個實體型間的一對一聯系

如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個實體與之聯系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯系。記為1:1。實例班級—班長

實體集A實體集B兩個實體型間的一對多聯系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯系，記為1:n實例

班級—學生服裝廠商—服裝

實體集A實體集B兩個實體型間的多對多聯系（m:n）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m≥0）與之聯系，則稱實體集A與實體B具有多對多聯系。記為m:n實例

顧客—服裝學生—課程實體集A實體集B多個實體型間的一對多聯系若實體集E1，E2，...，En存在聯系，對于實體集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的給定實體，最多只和Ei中的一個實體相聯系，則我們說Ei與E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之間的聯系是一對多的。實例

設有課程、教師與參考書三個實體型，如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，每一個教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用，則課程與教師、參考書之間的聯系是一對多的。課程選修教師1m參考書n多個實體型間的一對多聯系多個實體型間的多對多聯系網上商店供應服裝mn供應商p工程項目承擔機械工具mn施工隊p同一實體型內的一對多聯系實例：職工實體集內部具有領導與被領導的聯系，某一職工（干部）“領導”若干名職工，一個職工僅被另外一個職工直接領導，這是一對多的聯系同一實體型內的一對一聯系同一實體型內的多對多聯系職工領導1nPeterPin-ShanChen于1976年提出基本繪圖規則：實體型——用矩形表示屬性——用橢圓形表示碼——用下劃線表示服裝編號顏色型號品牌價格一種概念模型表示方法—E-R圖聯系——用菱形表示，同時標注聯系的類型實體型1聯系名實體型2111:1聯系實體型1聯系名實體型2mnm:n聯系實體型1聯系名實體型21n1:n聯系若聯系本身有自己的屬性，也用橢圓表示課程選修學生mn成績舉例—零件供應系統E-R圖年齡職稱電話號電話號職工號庫存量項目號零件號負責人倉庫號供應商號地址姓名賬號供應量名稱描述規格預算面積姓名零件項目倉庫供應商職工供應庫存領導工作單價1nnnnmm1p數據建模工具采用數據建模工具將使數據庫設計過程更簡單，數據模型描述更規范，并有助于后續處理（如生成SQL）。常用數據庫建模工具，如Visio,PowerDesigner等，大多采用圖形元素和參數設置相結合的方法來描述以下信息（但不局限于）：實體型的名稱、注解屬性的名稱、類型、長度、默認值、強制條件碼（主碼），索引，唯一性約束聯系（外碼）的名稱、類型輕松掌握和運用數據建模技術的最好方法是，從小型工具開始，逐漸深入和提高。舉例—學生選課系統E-R圖（Visio）舉例—員工管理系統E-R圖（Visio）舉例—員工管理系統E-R圖（PowerDesigner）舉例—圖書借閱系統E-R圖（MySQLWorkbench）另一種概念模型表示方法—UML統一建模語言簡稱UML(UnifiedModelingLanguage)，是一種通用的建模語言，具有創建系統的靜態結構和動態行為等多種模型的能力。它包含用例圖、類圖、對象圖、狀態圖、序列圖、協作圖、活動圖、組件圖和展開圖等九種主要圖例。用例圖序列圖類圖——主要用于數據庫設計兩個類間的關聯類的繼承參考附錄A—網上服裝銷售系統服裝，會員，訂單，倉庫，供應商，…作業數據庫概念模型設計連鎖超市管理系統（商店、職工、商品、客戶）校園社團組織管理系統（社團、學生、活動）醫院病患信息管理系統（病房、病床、病人、醫生）體育館運動器材管理系統（器材、供應商、運動員、管理員）科技競賽信息管理系統（學生，團隊，導師，競賽，項目）網上書店系統（圖書，出版社，客戶，購物籃）……分析系統需求，描述對象及其關系，畫出E-R圖！2.3數據模型的組成要素數據結構數據操作數據的完整性約束數據結構數據結構描述數據庫的組成對象以及對象之間的聯系。通常包含兩類：與對象的類型、內容、性質相關的（比如關系模型中的域、屬性、關系等）與數據之間聯系有關的數據結構是刻畫一個數據模型性質的最重要方面數據結構是對系統靜態特性的描述數據操作數據操作對數據庫中各種對象（型）的實例（值）允許執行的操作及有關的操作規則數據操作的類型查找更新（包括插入、刪除、修改）數據操作是對系統動態特性的描述數據的約束條件數據的約束條件一組完整性規則的集合。完整性規則是給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約規則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化，以保證數據的正確、有效、相容。數據的約束條件數據模型對約束條件的定義反映和規定本數據模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。例如在關系模型中，任何關系必須滿足實體完整性和參照完整性兩個條件。提供定義完整性約束條件的機制，以反映具體應用所涉及的數據必須遵守的特定的語義約束條件。2.4結構化數據模型層次模型(HierarchicalModel)網狀模型(NetworkModel)關系模型(RelationalModel)面向對象模型(ObjectOrientedModel）非關系模型層次模型按照層次結構的形式組織數據，即用樹型結構表示實體集與實體集之間的聯系，其中用結點表示實體集，結點之間聯系的基本方式是1:n。網狀模型用圖型結構表示實體集與實體集之間的聯系，更具普遍性，可以方便地表示各種類型的聯系。關系模型美國IBM公司的研究員E.F.Codd于1970年提出關系模型，1981年為此獲得圖靈獎。關系模型是目前最重要的一種數據模型目前很多數據庫產品都是基于關系模型的，如Oracle(甲骨文)、MicrosoftSQLServer、IBMDB2、Sybase、MySQL等。關系模型1.關系模型的數據結構2.關系模型的基本術語3.關系模型的數據操縱與完整性約束4.關系模型的優缺點關系模型的數據結構關系模型用二維表格表示實體集及其屬性設實體集R有屬性A1,

A2,…,An，實體集的型可用一個二維表的框架表示，表中每一元組表示實體集的值A1A2A3…Ana11…am1a12…am2a13…am3………a1n…amnA1A2A3…An

（a）關系R的型（b）關系R的值服裝編號品牌型號顏色價格W001佐丹奴YH287藍239W002佐丹奴JK946綠189W003李寧LI143紅499W004美津濃U7896紫699關系模型的基本概念關系（Relation）一個關系對應一張二維表元組（Tuple）表中的一行即為一個元組屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名域（Domain）屬性的取值范圍關系模型的基本概念碼（Key）

表中的某個屬性組，可唯一確定一個元組分量

元組中的一個屬性值關系模式

對關系的描述格式為：關系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）例如，服裝（服裝編號，品牌，型號，顏色，價格）關系模型的數據操縱與完整性約束關系模型的數據操縱主要包括：查詢、插入、刪除和修改。完整性約束：對數據庫操作必須滿足的條件關系的完整性約束條件主要包括：實體完整性、參照完整性和用戶自定義完整性關系模型的優缺點優點建立在堅實的數學理論基礎上數據結構簡單、清晰，用戶易懂易用關系模型的存取路徑對用戶透明，數據獨立性高缺點存取路徑對用戶透明導致查詢效率較低為提高性能，須進行查詢優化，DBMS開發難度大面向對象的模型面向對象數據模型(ObjectOrientedDataModel–OODM)采用面向對象方法構造出來的數據模型在面向對象數據模型中，用面向對象方法中的一些基本概念和方法來表示三個組成部分：對象、方法、類的繼承與合成關系模型與OO模型的對應關系關系模型OO模型表（元組）類（對象）KEYOID屬性屬性關系上的操作（增，刪，改，查詢）方法、消息完整性約束約束方法、消息ER模型類層次（OO模型）2.5非結構化模型企業需要高效、安全的管理這些類型的數據：結構化半結構化非結構化XMLPDF很多應用中，文件和關系型數據相伴而生例如：文件管理系統，醫學系統，CAD，圖像系統Images將非結構化數據集中到